(高清版)GB∕T 38341-2019 微機電系統(tǒng)（MEMS）技術(shù) MEMS器件的可靠性綜合環(huán)境試驗方法

L55中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)MEMM-TMEM國家市場監(jiān)督管理總局國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會ⅠGB／T38341—2019 1范圍 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4試驗方法 4.2溫度、濕度試驗 4.3機械試驗 4.4耦合試驗 5失效結(jié)果處理 參考文獻 ⅢGB／T38341—2019本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國微機電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC336)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：東南大學(xué)、華為技術(shù)有限公司、佛山市川東磁電股份有限公司、中機生產(chǎn)力促進中心、浙江博亞精密機械有限公司、沈陽國儀檢測技術(shù)有限公司、無錫華潤上華科技有限公司、北京大學(xué)、中北大學(xué)、中國科學(xué)院電子學(xué)研究所、北京必創(chuàng)科技股份有限公司。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：王磊、黃創(chuàng)君、于振毅、陸學(xué)貴、朱悅、夏長奉、黃慶安、龍克文、石云波、李海斌、肖昆輝、鄭鳳杰、張威、程逸軒、馬書鯼、陳得民。1GB／T38341—2019MEM本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了MEMS器件可靠性綜合環(huán)境的試驗方法和失效結(jié)果處理。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T26111微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)術(shù)語3術(shù)語和定義GB/T26111界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4試驗方法試驗前應(yīng)對器件進行預(yù)處理。若器件使用時不需要焊接或者使用者認(rèn)定焊接不會對器件產(chǎn)生影響，則無需進行預(yù)處理。本試驗?zāi)M器件在實際使用時因為焊接所經(jīng)歷的各種環(huán)境的影響。由于焊接工藝過程中溫度與濕度影響有可能造成器件產(chǎn)生熱失配應(yīng)力、水汽蒸發(fā)造成的大應(yīng)變，以及有機物污染等失效。因此，有焊接需要的器件應(yīng)進行此試驗。試驗設(shè)備包括一臺能在規(guī)定溫度下恒溫的溫控試驗箱、一臺可在規(guī)定溫度和濕度下工作的浸濕設(shè)備，以及一臺能夠達到規(guī)定溫度的回流焊設(shè)備。試驗計時開始前，溫度試驗箱應(yīng)保留足夠的升溫時間，以保證所有待測樣品溫度盡量均勻；浸濕設(shè)備應(yīng)保留足夠的控溫、控濕時間，其中所有的待測器件均應(yīng)達到指定的溫度和濕度。2GB／T38341—2019將器件置入溫控試驗箱，達到規(guī)定時間時將其取出立即置入浸濕設(shè)備；在達到規(guī)定浸濕時間時將其取出并立即進行回流焊，回流焊試驗應(yīng)進行至少3次；回流焊試驗完成后將器件取下準(zhǔn)備進行后續(xù)試驗。預(yù)處理試驗條件見表1,其中：度與濕度；他規(guī)定，試驗次數(shù)應(yīng)不小于3次。宜使用試驗條件A或B。表1預(yù)處理試驗條件試驗條件烘烤溫度℃浸濕溫度℃浸濕相對濕度浸濕時間h回流焊峰值溫度℃A30±260%±2%B60±260%±2%待測器件加電置于試驗箱內(nèi)，配套的驅(qū)動電路板或測試板應(yīng)在試驗溫度下穩(wěn)定工作。本試驗在器件帶電工作的情況下確定MEMS器件在高溫下工作的可靠性，試驗對象主要為高集成設(shè)備中在高環(huán)境溫度下工作的MEMS器件。試驗設(shè)備包括一臺可以電引出的，能在規(guī)定溫度下恒溫的溫控試驗箱和4.2.1.4.4中的相關(guān)設(shè)備。試驗計時開始前保留足夠的升溫時間，以保證所有待測樣品溫度盡量均勻。表2規(guī)定了本試驗的最低試驗溫度，溫控試驗箱中所有待測器件均應(yīng)達到該溫度，并保障監(jiān)測到的3GB／T38341—2019表2高溫工作試驗條件試驗條件最低試驗溫度℃ABC進行測試。根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。4.2.2高溫貯存試驗本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在高溫下較長時間貯存的可靠性，試驗對象為貯存期間可能處于較高溫度環(huán)境的器件。試驗設(shè)備包括一臺能在規(guī)定溫度下恒溫的溫控試驗箱和4.2.2.3.4中的相關(guān)設(shè)備。4.2.2.3.1試驗箱的維護和初始應(yīng)對溫控試驗箱的結(jié)構(gòu)、負(fù)載、監(jiān)測位置和氣流進行必要的設(shè)計和調(diào)整，從而保障監(jiān)測到的溫度達到要求。在規(guī)定時間內(nèi)將處于不帶電工作狀態(tài)的待測器件放置于規(guī)定的溫度環(huán)境中，試驗計時開始前保留足夠的升溫時間，以保證所有待測樣品溫度盡量均勻。表3規(guī)定了本試驗的最低試驗溫度，溫控試驗箱中所有待測器件均應(yīng)達到該溫度。若無其他規(guī)定，B。4GB／T38341—2019表3高溫貯存試驗條件試驗條件最低試驗溫度℃ABCD準(zhǔn)試驗條件下進行測試。根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。4.2.3低溫貯存試驗本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在低溫下較長時間貯存的可靠性，試驗對象為貯存期間處于較低溫度環(huán)境的器件。試驗設(shè)備包括一臺能在規(guī)定溫度下恒溫的溫控試驗箱和4.2.3.3.4中的相關(guān)設(shè)備。4.2.3.3.1試驗箱的維護和應(yīng)對溫控試驗箱的結(jié)構(gòu)、負(fù)載、監(jiān)測位置和氣流進行必要的設(shè)計和調(diào)整，從而保障監(jiān)測到的溫度達到要求。在規(guī)定時間內(nèi)將處于不帶電工作狀態(tài)的待測器件放置于規(guī)定的溫度環(huán)境中，試驗計時開始前保留足夠的降溫時間，以保證所有待測樣品溫度盡量均勻。表4規(guī)定了本試驗的最低試驗溫度，溫控試驗箱中所有待測器件均應(yīng)達到該溫度。若無其他規(guī)定，A。5GB／T38341—2019表4低溫貯存試驗條件試驗條件最低試驗溫度℃A-40-B-55-準(zhǔn)試驗條件下進行測試。根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。4.2.4溫度循環(huán)試驗由于MEMS器件在工藝、結(jié)構(gòu)、封裝上的特點，其在高低溫交替變化下造成的應(yīng)力等因素可能會出高、低溫交替環(huán)境會使器件內(nèi)部產(chǎn)生交變應(yīng)力，對于不同的材料可能會產(chǎn)生疲勞或者蠕變等效應(yīng)，最終造成失效。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在高、低溫交替變化下的可靠性，試驗對象為工況溫度會出現(xiàn)高低溫交替變化的器件。試驗設(shè)備包括一臺能工作在規(guī)定溫度范圍內(nèi)的溫控試驗箱和4.2.4.4.4中的相關(guān)設(shè)備。溫控試驗箱在最大負(fù)荷時的熱容量和空氣流量應(yīng)能保障規(guī)定的試驗條件和計時要求。試驗時應(yīng)使用相關(guān)設(shè)備實時連續(xù)記錄箱內(nèi)環(huán)境溫度。通過設(shè)計和調(diào)整試驗箱的結(jié)構(gòu)使樣品和溫控箱的熱傳導(dǎo)降至最低。4.2.4.4.1試驗箱的維護和應(yīng)對溫控試驗箱的結(jié)構(gòu)、負(fù)載、監(jiān)測位置和氣流進行必要的設(shè)計和調(diào)整，從而保障監(jiān)測到的溫度達到要求。設(shè)備的加溫與降溫能力調(diào)整后應(yīng)達到規(guī)定的要求，樣品應(yīng)放置在不影響空氣流動的地方。表5規(guī)定了試驗溫度范圍與周期，溫控試驗箱中所有的待測器件均應(yīng)達到該溫度。試驗循環(huán)應(yīng)不6GB／T38341—2019小于100次。宜采用試驗條件C。試驗中升溫、降溫和停留時間見圖1。表5溫度循環(huán)試驗條件試驗條件試驗溫度范圍℃周期hA3B3C3D3E3F3圖1溫度循環(huán)周期內(nèi)的時間分布要求下進行測試。根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：7GB／T38341—2019如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有結(jié)構(gòu)材料疲勞和未檢出的其他失效。4.2.5恒定濕熱加速試驗由于MEMS器件在工藝、結(jié)構(gòu)、封裝上的特點，其在溫度、濕度作用下可能會出現(xiàn)諸如粘附、應(yīng)力等可靠性等問題。本試驗是針對溫度、濕度作用的加速試驗。表6中不包括的條件可參照GB/T2423.3—2016的方法。溫度與濕度環(huán)境可能會造成器件內(nèi)部濕度提高，或者使塑料封裝等材料含水量增高，從而可能造成器件失效或者在其他載荷作用下產(chǎn)生失效。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在溫度、濕度環(huán)境下的可靠性，試驗對象為在一定溫度和濕度環(huán)境下工作的器件。試驗設(shè)備包括一臺能工作在規(guī)定溫度、濕度下工作的溫濕度試驗箱和4.2.5.4.4中的相關(guān)設(shè)備。4.2.5.4.1試驗箱的維護和初始處理應(yīng)對溫濕度試驗箱的結(jié)構(gòu)、負(fù)載、監(jiān)測位置和氣流進行必要的設(shè)計和調(diào)整，從而保障監(jiān)測到的溫度、濕度達到要求。試驗計時開始前應(yīng)保留足夠的升溫、加濕時間，以保證所有待測樣品溫度、濕度盡量表6規(guī)定了最低試驗溫度與最低試驗濕度，溫濕度試驗箱中所有的待測器件均應(yīng)達到該溫度、濕表6恒定濕熱加速試驗條件試驗條件最低試驗溫度℃最低試驗相對濕度A85%±3%B95%±3%8GB／T38341—2019根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。由于MEMS器件的工藝、結(jié)構(gòu)和封裝特點，其在溫度、濕度作用下可能會出現(xiàn)諸如粘附、大應(yīng)力等可靠性問題。將處于不帶電工作狀態(tài)的待測器件放置于規(guī)定的溫度、濕度、壓力環(huán)境中可以極大地加速溫度、濕度的作用。本試驗是比恒定濕熱加速試驗（見4.2.5)更快的加速方案。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在溫度、濕度環(huán)境下的可靠性。試驗設(shè)備包括一臺能工作在規(guī)定溫度、濕度、氣壓下工作的加壓溫濕度試驗箱和4.2.6.4.4中的相關(guān)設(shè)備。4.2.6.4.1試驗箱的維護和應(yīng)對溫濕度試驗箱的結(jié)構(gòu)、負(fù)載、監(jiān)測位置和氣流進行必要的設(shè)計和調(diào)整，從而保障監(jiān)測到的溫度、濕度、氣壓達到要求。試驗計時開始前保留足夠的升溫、加濕、加壓時間，以保證所有待測樣品溫度、濕度盡量均勻，且壓力不會突變。表7規(guī)定了最低試驗溫度、濕度、壓力，在加壓溫濕度試驗箱中所有的待測器件均應(yīng)達到該溫度、濕表7高壓濕熱試驗條件試驗條件最低試驗溫度℃最低試驗相對濕度最低試驗壓力AtmA85%±3%2B100%-3%29GB／T38341—2019根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。由于MEMS器件在工藝、結(jié)構(gòu)和封裝上的特點，其在高沖擊下可能會出現(xiàn)斷裂、粘附等可靠性問題?？紤]到MEMS器件具有在某一方向上對沖擊敏感的特征，因此試驗的沖擊方向應(yīng)盡量和敏感方向相同。沖擊有可能造成MEMS器件發(fā)生結(jié)構(gòu)斷裂、碎屑或粘附等失效。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定器件在較高沖擊和高沖擊下的可靠性。試驗設(shè)備包括一臺能夠達到規(guī)定加速度值、脈沖寬度的沖擊臺和4.3.1.4.4中的相關(guān)設(shè)備。將沖擊臺安裝在牢固的固定臺面上，并應(yīng)將設(shè)備調(diào)至水平。所有沖擊臺均應(yīng)配有可在X、Y、Z和上。沖擊試驗前應(yīng)使用沖擊臺裝載夾具后進行預(yù)沖擊，并應(yīng)調(diào)整設(shè)備參數(shù)使測量得到的參數(shù)滿足規(guī)定寬度。表8規(guī)定了機械沖擊試驗條件。沖擊臺應(yīng)配有監(jiān)測加速度值的加速度傳感器，測量脈沖寬度需測進行測試。宜使用試驗條件F、I、N。如果待測器件在儲運、組裝和應(yīng)用過程中受到的沖擊可控，則可以GB／T38341—2019表8機械沖擊試驗條件試驗條件加速度值2脈沖寬度msA49±2.45B98±4.9C490±24.5D980±49E4900±245F9800±490G9800±490H9800±490I29400±1470J29400±1470K49000±2450L49000±2450M58800±2940N58800±2940O98000±4900P98000±4900根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。4.3.2隨機機械振動試驗由于MEMS器件在工藝、結(jié)構(gòu)、封裝上的特點，其在長期振動下可能會出現(xiàn)疲勞、碎屑轉(zhuǎn)移等可靠性問題?？紤]到MEMS器件往往具有在某一方向上對振動敏感的特征，而碎屑的移動往往也在某一方向上比較容易出現(xiàn)，因此試驗的振動方向應(yīng)盡量平衡上述兩個敏感方向。振動環(huán)境可能造成器件發(fā)生碎屑移動和疲勞，最終造成失效。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在長期振動下的可靠性。GB／T38341—2019試驗設(shè)備包括一臺能夠達到規(guī)定振動頻率范圍、功率譜密度、均方根加速度的振動臺和4.3.2.4.4中的相關(guān)設(shè)備。將振動臺安裝在牢固的固定臺面上，并應(yīng)將設(shè)備調(diào)至水平。所有振動臺均應(yīng)配有可在X、Y、Z三個方向調(diào)整的夾具。通常夾具應(yīng)為金屬制作，鋼、銅、鋁等材料均可以，并用螺栓固定在振動臺上。后可立即對器件進行測試。宜使用試驗條件A。表9隨機機械振動試驗試驗條件頻率范圍Hz功率譜密度均方根加速度2A20~2000B20~20000C20~40000D20~60000E20~2000F20~20000G20~40000H20~60000I20~2000J20~20000K20~40000L20~60000M20~2000N20~20000O20~40000P20~60000GB／T38341—2019根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。-沖擊耦合試驗由于MEMS器件在工藝、結(jié)構(gòu)、封裝上的特點，其在溫度、濕度和沖擊下耦合作用可能更易出現(xiàn)粘附等可靠性問題，因此應(yīng)進行耦合試驗。但考慮到某些MEMS器件具有開放性的封裝，其存儲和工作環(huán)境受到一定限制，因此在4.4.1.4.2中除立即試驗外增加了可以進行散濕的規(guī)定。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在溫度、濕度和沖擊下耦合作用的可靠性。首先進行恒定濕熱加速試驗，之后立即進行機械沖擊試驗。機械沖擊試驗遵循4.3.1.4.2規(guī)定的試驗順序。如果待測器件具有明確的散熱和散濕需求，可讓器件在恒定濕熱加速試驗后，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中自恒定濕熱加速試驗按4.2.5.4.2規(guī)定的試驗條件和試驗時間；機械沖擊試驗遵循4.3.1.4.3規(guī)定的試驗條件；耦合試驗可以從兩組條件中選取進行組合，恒定濕熱加速試驗條件宜選取A,機械沖擊試驗條件宜選取F,見表9。根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：GB／T38341—2019如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。4.4.2高溫-振動耦合試驗由于MEMS器件在工藝、結(jié)構(gòu)、封裝上的特點，其在高溫和振動耦合作用下可能更易出現(xiàn)粘附等可靠性問題，因此應(yīng)進行耦合試驗。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在溫度和振動耦合作用下的可靠性。4.4.2.4.1試驗設(shè)備高溫貯存試驗和隨機機械振動試驗同時進行。隨機機械振動試驗遵循4.3.2.4.2規(guī)定的試驗順序。高溫貯存試驗遵循4.2.2.3.2規(guī)定的試驗條件和試驗時間，隨機機械振動試驗遵循4.3.2.4.3規(guī)定的試驗條件。耦合試驗可以從兩組條件中選取進行組合，高溫貯存試驗條件宜選取B,隨機機械振動試驗條件宜選取A,見表9。根據(jù)不同器件采用相應(yīng)的功能測試手段，如器件無法實現(xiàn)其指標(biāo)中的功能即判定為失效：如有必要可進一步進行破壞性物理分析，以確定是否有未檢出的其他失效。4.4.3低溫-振動耦合試驗由于MEMS器件在工藝、結(jié)構(gòu)、封裝上的特點，其在低溫和振動耦合作用下可能更易出現(xiàn)粘附等可靠性問題，因此應(yīng)進行耦合試驗。本試驗在器件不帶電工作的情況下確定MEMS器件在溫度和振動耦合作用下的可靠性。GB／T38341—2019試驗設(shè)備的維護和初始處理遵循4.2.3.3.1和4.3.2.4.低溫貯存試驗和隨機機械振動試驗同時進行。隨機機械振動試驗遵循4.3.2.4.2規(guī)定的試驗順序。